Bilgi Depolama Aygıtları: Bir Bileşen Vaka Geçmişi
Otomatik Kalite Kontrol Bilgisayarları
Diller, Mantık, Öğrenme ve Bilgisayarlar
Bölüm 1
Richard J. Bengston
Battelle Memorial Institute
Columbus, Ohio
Hesaplama ve sayısal işlemler sırasında kullanılan ilk bilgi depolama aygıtı, elbette insan zihnidir. Ancak oldukça kolay unutmaktadır.
İnsan, muhtemelen unutmayı önlemek amacıyla belleğini desteklemek için taş yığınları, çentikli çubuklar ve daha sonra kaba çizimler kullanmaya başlamıştır. Bu yöntemlerle elde ettiği başarı, yazılı dillerin ve bu dillerin çoğaltılma yöntemlerinin gelişmesine yol açmıştır. Böylece, düzenli bilgi depolama aygıtları edinmiştir: anıtlar, tomarlar, levhalar, kâğıt ve mürekkep, kitaplar, muhasebe defterleri, dosyalama sistemleri. Uygarlığın gelişmesi, hesaplama ve kayıt tutma ihtiyacını hızla artırmıştır.
Modern Bilgi Depolama
Donanımdan oluşan bilgi depolama aygıtlarının gelişimine, birçok önemli matematiksel, mekanik ve elektronik buluş katkıda bulunmuştur. Delikli kartlar, 1800’lü yılların başında otomatik dokuma makinelerini kontrol etmek için geliştirilmiş; 1890’larda ise nüfus sayımı verilerinin sayısal hesaplamalarında kullanılmıştır.
Bu tarihten sonra delikli kartlar, yakın zamana kadar, büyük miktarda hesaplama yapılması gereken ofislerde bilgi depolamanın standart yöntemi hâline gelmiştir; makinelerin veri işlemede insanın yerini almasına olanak sağlamıştır. Kartlar bunu, uygun şekilde programlanmış makineler tarafından anlaşılabilen, düşük maliyetli ve büyük kapasiteli bir bellek sunarak başarmıştır. Bu, bilgi depolama ve veri işleme alanında büyük bir ilerlemeydi.
Elektronik Bilgisayarlar
1940’lı yıllarda, delikli kartların ofis çalışmalarında kullanılmasından yaklaşık 50 yıl sonra, bilgi depolamada bir sonraki büyük ilerleme gerçekleşmiştir: yeni tür bilgi depolama aygıtları içeren elektromekanik ve elektronik bilgisayarların geliştirilmesi. Modern bir elektronik bilgisayar, elektromekanik delikli kart donanımından 1000 kat daha hızlı hesaplama yapabilmektedir.
Bu daha yüksek hıza duyulan ihtiyacın bir göstergesi, son yıllarda büro çalışanlarının sayısındaki hızlı artıştır. 1940 ile 1954 yılları arasında, Amerika Birleşik Devletleri’nde büro çalışanlarının sayısının, toplam çalışan sayısından yüzde 50 daha hızlı arttığı tahmin edilmektedir. Bu artış, mekanik yöntemlerle ofis otomasyonunda büyük ilerlemeler kaydedilmiş olmasına rağmen gerçekleşmiştir. Elektronik otomasyon bu büro çalışanlarını başka üretken işlere yönlendirebilirse, işletmeler için potansiyel tasarruf çok büyük olacaktır.
İlk Bilgi Depolama Aygıtları
Bilgisayarlarda kullanılan ilk bilgi depolama aygıtlarının, bilgisayara delikli kartlarla mümkün olandan çok daha hızlı bilgi sağlayacak şekilde geliştirilmesi gerekiyordu. Bu sorun, bir vakum tüpü bankasının, açık veya kapalı durumlarının dizisinin sayılar veya sözcükler için ikili bir kod ifade edecek şekilde kodlanmasıyla çözüldü. Bu sayede bilgi, depoya yarım saniye gerektiren delikli karta kıyasla, bir milisaniyeden daha kısa elektronik hızlarda yazılabilir veya okunabilir hâle geldi.
Her basamağın depolanması için birden fazla vakum tüpü ve ilişkili devreler gerektiğinden, vakum tüplerine dayalı büyük kapasiteli bir bellek pahalı, hacimli ve güvenilmezdi. Daha iyi yüksek hızlı bellekler gerekliydi.
Bir sonraki iki gelişme, bilgi depolama aygıtı olarak cıva akustik gecikme hattı ve katot ışınlı tüp olmuştur. Cıva akustik gecikme hattında bilgi, büyük bir cıva tankı içinde dolaşan darbe veya darbe yokluğu dizileri olarak dinamik biçimde “depolanır”. Bu tür bellek hâlâ hacimli ve kullanışsızdı; güvenilirliği hassas sıcaklık kontrolüne bağlıydı. Katot ışınlı tüpün yüzeyinde yüklü noktaların varlığı veya yokluğu şeklinde bilgi depolanması ise hızlı erişim sağlamakla birlikte, daha da büyük güvenilirlik sorunları ortaya çıkarmıştır.
Elektromanyetik Depolama
Bir sonraki iki bilgi depolama aygıtı manyetik tamburlar ve manyetik banttır. Her iki aygıtta da bilgi, manyetik bir kaplama üzerindeki mıknatıslanmış, ters mıknatıslanmış veya mıknatıslanmemiş noktalar olarak depolanır. Bu kaplama, dönen bir tamburun yüzeyinde ya da manyetik bandın üzerinde veya içinde bulunur.
Dönen tambur (bir silindir) durumunda, her tam devir sırasında kafalar tüm tambur yüzeyini taradığından, bilgi birkaç binde bir saniye içinde tambura yazılabilir veya tamburdan okunabilir. Düşük maliyet, yüksek kapasite, olağanüstü güvenilirlik ve birkaç milisaniyelik rastgele erişim süreleri, manyetik tamburların öne çıkan özellikleridir. Günümüzde küçük ve orta boy bilgisayarlar için birincil bellek olarak, büyük bilgisayarlar için ise yardımcı bellek olarak yaygın biçimde kullanılmaktadırlar.
Manyetik tamburların önemli bir eksikliği vardır. Mevcut teknoloji düzeyinde, erişim süresini bir milisaniyenin çok altına indirecek kadar yüksek hızda tambur döndürmek neredeyse imkânsızdır; oysa büyük bilgisayarlar için birkaç mikrosaniyelik erişim süreleri arzu edilir. Bu ihtiyacı karşılamak üzere, ferritlerden yapılmış küçük manyetik çekirdek dizileri geliştirilmiştir. Daha pahalı ve hacimli olmalarına ve tamburlara göre biraz daha az güvenilir olmalarına rağmen, çekirdekler on mikrosaniyenin altında rastgele erişim süreleri sağlayabilmektedir. Büyük bilgisayarlar için hızla standart birincil bellek hâline gelmişlerdir. Sıklıkla büyük kapasiteli manyetik tambur belleklerle desteklenirler.
Buna ek olarak, manyetik disk bellekler de gelişmiştir. Diskler tamburlara kıyasla daha az ilgi görmüş olsa da, yakın gelecekte manyetik disk aygıtlarında önemli iyileştirmeler beklenmektedir.
Bilgisayar dışındaki bilgilerin depolanması için manyetik bant çok yaygın biçimde kullanılmaktadır. Delikli kartlar dâhil olmak üzere geleneksel kayıtlar ile elektronik bilgisayarın iç belleği arasındaki boşluğu doldurur. Veriler, manyetik bant aracılığıyla düzenli olarak bilgisayara beslenir ve bilgisayardan alınır.
Manyetik kayıt bandı 1935’te Almanya’da geliştirilmiştir. Amerika Birleşik Devletleri’ne ancak II. Dünya Savaşı’nın sonunda, 1945’te girmiştir. Kısa sürede film ses izlerinin, plak ana kalıplarının ve radyo programlarının kaydedilmesinde standart yöntem hâline gelmiştir. 1950’lerin başında elektronik bilgisayarlarla kullanılacak şekilde uyarlanmıştır. Manyetik bandın, zamanla mevcut birçok geleneksel kaydın yerini alması beklenmektedir.
Manyetik kayıtlarla ilgili yasal ve başka sorunlar bulunmakla birlikte, bu sorunlar aşılmaz olarak görülmemektedir. Alan ve kullanım açısından potansiyel tasarruf çok büyüktür; çünkü tek bir manyetik bant rulosu, milyonlarca delikli kartın gerektirdiği bilgiyi depolayabilir. Örneğin, üç inç genişliğinde ve on iki inç çapında bir bant rulosu, 35.000.000’dan fazla delikli karta eşdeğerdir — kartlarla dolu büyük bir oda.
Bilgi depolama aygıtları için gelecekteki olasılıklar arasında, ferromanyetik çekirdeklerin yerini alabilecek baryum titanat gibi ferroelektrik malzemeler ve manyetik bandın yerini alabilecek fotoğraf emülsiyon kayıtları bulunmaktadır. Her iki aygıt da birim hacim başına daha yüksek kapasite ve muhtemelen daha düşük maliyet gibi potansiyel avantajlar sunsa da, ilgili teknik sorunlar hâlen oldukça zorludur.
Diğer Bilgi Depolama İhtiyaçları
Bilgisayarlarda modern bilgi depolama aygıtlarının kullanılmasının yanı sıra, başka ihtiyaçlar da vardır. Kitaplar, dergiler ve çeşitli türlerde basılı, daktilo edilmiş ve el yazması kayıtlar, elbette bilginin depolanmasının en belirgin örnekleridir. Bu geleneksel kayıtların yoğunlaştırılması ve erişilebilir hâle getirilmesi ihtiyacı, manyetik bant, mikrofilm, mikrokartlar vb. gibi yeni bilgi depolama aygıtlarına büyük bir talep oluşturmaktadır.
Ses bellekleri iletişimde önemlidir. Manyetik bant, radyo kayıtları için yaygın olarak kullanılan bir ortamdır. Bu kullanım, manyetik bantların mekanik depolamalı plaklarla rekabet edecek şekilde perakende pazara sunulmasıyla artmaktadır. Silahlı kuvvetler, uçak pilotlarına sesli talimatlar vermek için tambur bellekleri hâlen test etmektedir. Canlı talimatlara göre avantajları arasında daha yüksek hız, daha kolay anlaşılır telaffuz ve ifade hatası yapma olasılığının bulunmaması yer alır.
Fotoğraf filmi dışındaki video bellekleri hızla önem kazanmaktadır. Manyetik bant, 1958 yılında televizyon programlarının kaydında fotoğraf filminin büyük bir bölümünün yerini alacaktır. Manyetik tamburlar, kullanıcıların birbirlerini görebildiği geliştirme aşamasındaki “görsel telefon”da görüntünün iletiminde Bell Telephone Laboratories tarafından kullanılmaktadır. Manyetik tamburlar, gelecekte televizyon programlarının iletiminde de muhtemelen geniş kullanım alanı bulacaktır. Tamburlar, görüntüyü tanımlayan bilgiyi depolayacak ve yalnızca görüntüdeki değişiklikler meydana geldikçe iletilecektir. Böylece, geleneksel tam görüntü iletimine kıyasla çok daha küçük kapasiteli iletim kanallarına ihtiyaç duyulacaktır. Manyetik tambur belleklerin diğer özel uygulamaları arasında yavaş taramalı televizyon ve radar donanımları yer alır.
Jeofizik keşif, çeşitli keşif teknikleri için bilgi depolanmasını gerektirir. Elektriksel loglama, sismik arama, manyetometre ölçümleri ve diğer keşif yöntemlerinde büyük miktarda veri karşılaştırılmalıdır. Ayrıca, jeolojik loglamada kesin zaman aralıkları sıklıkla önemlidir. Manyetik bellek, arama sırasında verileri hızlı biçimde kaydeder; ancak kaydedilen verilerin dikkatli ve ayrıntılı analizine olanak sağlamak için okuma hızı yavaşlatılabilir ve/veya tekrar edilebilir.
Diğer bilgi depolama ihtiyaçları şunları içerir:
- Analog kayıt
- Analog zaman gecikmesi
- Geçici okuma
- Konuşma analizi
- Faz kaydırma
- Gecikmeli telemetri
- Dikte ve mahkeme tutanaklarının geçici kaydı
- İnsan olmayan telefon yanıtlama
- Verilerin (zamansal) genişletilmesi
Pazar Büyüklüğü
Elektronik veri işleme yeni bir alandır. İlk gerçek anlamda elektronik bilgisayar olan ENIAC 1946’da tamamlanmıştır, ancak bilgisayarların geliştirilmesinde üretim aşamasına fiilen ulaşması 1955’e kadar gerçekleşmemiştir. 1955 yılında, önceki 11 yılın toplamından daha fazla genel amaçlı bilgisayar üretilmiştir. Satışlardaki bu ani artışa çeşitli etkenlerin birleşimi katkıda bulunmuştur:
- Elektronik bilgisayarların ofis otomasyonu için değerli araçlar olarak kabul edilmesi.
- Orta boy ve küçük boy bilgisayarların piyasaya sürülmesiyle daha geniş bir pazar potansiyeline ulaşılması.
- Problemlerin kurulması için gereken çabayı büyük ölçüde azaltan programlama yöntemleri.
- Bileşen güvenilirliğinin artması.
- Daha büyük bellek kapasiteleri.
- Bilgisayarların esnekliğini artıran çok sayıda yardımcı aygıtın geliştirilmesi.
- Bilgisayar uygulamaları üzerine kapsamlı araştırmalar.
Elektronik bilgisayarlar için yıllık satış rakamları kolayca elde edilememektedir. Yayımlanmış tahminler bir miktar eksik ve çelişkilidir. Ancak görüşümüze göre, elektronik sayısal bilgisayarlar ve ilişkili donanımlar için pazar 1956’da yaklaşık 1/2 milyar dolar düzeyindeydi ve 1960’ta yaklaşık 1 milyar dolar, 1964’te ise yaklaşık 1 1/2 milyar dolar olacaktır.
Bu tahmin muhtemelen ihtiyatlıdır. Bilimsel, ofis ve askerî uygulamalardaki mevcut kullanım alanlarının büyümesine dayanmaktadır. Bilgisayar fiyatlarında önemli düşüşler, fabrika otomasyonunda ek büyük ölçekli uygulamalar veya veri işleme tekniklerinde büyük ilerlemeler gibi alandaki başlıca yeni gelişmeler, pazarların tahmin edilenden daha hızlı büyümesine yol açabilir.
Otomasyon ve bilgi depolama alanındaki olası gelecekteki gelişmeler kısaca şu şekilde özetlenebilir:
- Askerî sistemlerin artan karmaşıklığı ve hızı, gelecekte hem yerde hem de havada çok daha yüksek bir otomasyon derecesini gerektirecektir. Günümüzde pratik olmadığı düşünülen boyut ve hızlardaki bilgi depolama aygıtları kullanılacaktır.
- Büyük ve orta ölçekli şirketler için kökten yeni bilgi depolama sistemleri geliştirilecektir. Bunlar, verilerin saniyeler içinde ya da daha kısa sürede erişilebilir olmasını sağlayacak manyetik bantlara, disklere veya diğer bellek türlerine dayanacaktır.
- Üretim süreçlerinin ve hatta tüm tesislerin planlanması ve denetimi gelecekte elektronik olarak otomatikleştirilecektir. Satış bilgileri sistemlere beslenecek ve bitmiş ürünler otomatik olarak üretilecek, paketlenecek ve sevkiyat için yüklenecektir.
- Bilginin depolanması ve verilerin işlenmesine ilişkin yeni kavramlar; çok sayıda günlük işlemi olan büyük mağazalar, zincir mağazalar, bankalar, toptan dağıtıcılar ve diğer ticari kuruluşlarda uygulanacaktır. Teşhir stoklarından seçilen satın alımlar otomatik olarak teslim alma noktalarına ulaştırılacak ya da teslimata hazır hâle getirilecektir.
- Yolcu rezervasyonları, yük yönlendirme ve malzeme elleçleme gibi ulaşım faaliyetlerinin otomasyonu hızla artacaktır. Donanımın daha verimli kullanımıyla zamanında işletim sağlanacaktır.
- Evlerde, hanehalkı işlemlerine yardımcı olmak üzere basit bilgisayarlar kullanılacaktır. Işıklar, pencereler, ev aletleri vb. bilgisayarlar tarafından denetlenecektir.
Bilgi Depolama Aygıtları
Otomasyon; ofiste, bankada, askerî tesiste ya da fabrikada olsun, ilgili bilginin makinelere otomatik olarak hazır bulunmasına bağlıdır. Bir fabrikada, bilgi çoğu zaman özel şekillendirilmiş kamlar aracılığıyla bir tezgâha kolayca sağlanabilir. Bir ofiste birkaç yüz çalışanın bordrosu hesaplanırken, delikli kartlar bilgiyi mekanik düzeneklere ve bilgisayarlara rahatlıkla aktarabilir. Ancak çok sayıda verinin işlenmesi ve çok sayıda hesaplamanın yapılması gereken büyük ofislerde, ve elektronik bilgisayarların ekonomik hızlarda çalışması isteniyorsa, bilginin mekanik olmayan bir biçimde bulunması gerekir.
Bilgi Depolama Aygıtları için Kriterler
Otomasyon uygulamalarında, bilgi depolama aygıtının ya da belleğin özellikleri, bir elektronik bilgisayarın iyi çalışması açısından merkezi öneme sahiptir. Bilgi depolama aygıtının kapasitesi, kalıcılığı, erişim süresi ve güvenilirliği, problemlerin çözümü için hayati önem taşır. Dolayısıyla, bir bilgi depolama aygıtı için başlıca kriterler şunlardır:
• Erişim süresi: Bilginin bellek biriminden, ilgili devreler aracılığıyla ihtiyaç duyulan noktaya aktarılması için gereken süredir. Bu sürenin sıfıra yaklaşması gerekir.
• Kapasite: Bellek biriminin bir anda tutabileceği bit, basamak, alfabetik karakter ya da sayısal veya alfabetik sözcük sayısıdır. Birim hacim başına yüksek olmalıdır.
• Güvenilirlik: Bir bellek biriminin bilgiyi doğru biçimde kabul etme, saklama ve gerektiğinde geri verme yeteneğidir. Bu oran yüzde 100’e yaklaşmalıdır. Bilgisayarın ömrü boyunca yalnızca rutin bakım ile çalışmalıdır.
• Maliyet: Eksiksiz bir bellek sisteminin (temel bellek aygıtı ile buna bağlı aksesuarlar ve devreler dâhil) bilgi başına bit maliyetidir. Bu değer olabildiğince düşük olmalıdır.
• Çevresel etmenlere duyarlılık: Sıcaklık, nem ve tozun bellek biriminin çalışması üzerindeki etkisidir. Bellek bu tür etmenlere karşı duyarsız olmalıdır.
• Kalıcılık: Bellek biriminin bilgiyi saklama yeteneğidir. Bu, manyetik bantlar veya tamburlar gibi doğal bir özellik olabilir ya da akustik gecikme hattı veya flip-flop belleklerde olduğu gibi elektrik enerjisine dayanabilir. Doğal kalıcılık son derece arzu edilir.
COMPUTERS and AUTOMATION, Nisan 1958
Bilgi Depolamanın Sınıfları
Bilgi depolamaya yönelik aygıtlar, işlevlerine göre sınıflandırılabilir. Uygun bir ayırım beş sınıfı içerir:
• Birincil bilgisayar belleği: İç bellek, yüksek hızlı bellek ya da çalışma belleği olarak da adlandırılır. Problemlerin fiilî çözümü sırasında bilgisayarın aritmetik birimiyle bilgi alışverişi yapan bellektir. Diğer bellek birimlerinden gelen bilgiler, hesaplamada kullanılabilmeleri için önce birincil belleğe aktarılmalıdır.
• Yardımcı bilgisayar belleği: Ara hız belleği olarak da bilinir. Hesaplama programlarını, sık kullanılan sabitleri ve birincil belleği tamamlayan diğer verileri depolamak için sıklıkla kullanılır.
• Harici bellek: Kalıcı bellek, düşük hızlı bellek ya da dosya belleği olarak da adlandırılır. Bilgisayar tarafından işlenecek büyük veri hacmini depolar.
• Arabellek (Buffer): Bir bellek aygıtından diğerine aktarılmakta olan bilgiyi geçici olarak depolamak için kullanılan özel bir bellek türüdür. “Arabelleklediği” iki bellek arasındaki hız ya da diğer özellik farklılıklarını telafi eder.
• Gecikme hattı: Bilgiyi genellikle birkaç saniye ya da daha kısa sabit bir süre boyunca saklamak ve ardından serbest bırakmak için kullanılan özel bir bellek türüdür; böylece bir gecikme oluşturur.
[Mayıs sayısında devam edecek]